选用高性能热界面材料的关键准则

从消费电子到航空航天，所有电子设备都需要主动热管理，有效将热量从发热元件传导出去。热管理瓶颈往往在于发热元件与散热元件间的传导。遗憾的是，许多电子设备因空间受限，无法从散热片或风扇获得充分冷却。在这些应用中，热界面材料(TIM)的性能更显关键。

高功率CPU或片上系统(SOC)散热最常用导热膏或导热脂。虽性能高，但缺点明显：操作脏乱、耗时、长期可靠性差。此外，常规高导热(>20 W/mK) TIMs昂贵且伴随制造困难。

TIMs的主要功能是什么？

散热片置于发热元件顶部时，自然存在气隙。气隙产生高热阻导致过热。TIMs用导热材料替代气隙，降低系统总热阻，建立更高效热路径。TIMs还可在需要时提供电气隔离或粘接固定，无需额外机械紧固。

TIMs必须贴合表面不规则度，否则接触层热阻增加。一定接触热阻不可避免，但任何导热材料都优于空气。

设计工程师追求最薄间隙缩短热路径，但有时须保持一定厚度以在不规则基板上获得更好润湿或接触。润湿能力随聚合物树脂类型、填料类型、填料填充量而异。TIMs性能还随热机械性能、施加压力、基板表面光洁度、环境而变化。

选择TIMs时考量因素

形态因素

热界面材料类型繁多：导热脂、凝胶、垫片、膏体、胶带、相变材料(PCM)、甚至金属。选型时熟悉产品及性能至关重要。薄间隙填充常用导热脂或PCM；厚间隙填充则选垫片、凝胶、膏状填料。

TIMs也可按应用位置分为TIM 1、TIM 2、TIM 1.5。依据相对于芯片和散热盖/盖板的位置分类。如TIM 1用于芯片与散热盖/盖板间，主要降低接触热阻、直接散发处理器极端热量。传统用金属焊料，现导热脂、凝胶、PCM亦可用。

TIM 2用于散热片与散热盖/封装级SOC间，通常用较厚垫片，因封装级热管理不如芯片级极端。TIM 2可能需返工能力和可压缩性，以适应散热片需求。

TIM 1.5中芯片直接接触冷却元件无散热盖，常用于移动设备。

凝胶和膏体有时优于垫片，因其更薄键合线允许更高可压缩性和热性能。Thermexit™垫片通过提供优异贴合性和热性能解决两难。

热导率

另一重要因素是热性能。电子设备中有发热元件和散热元件，决定可散热量。环境温度和主动散热元件的存在决定热预算。明确热预算后，可决定所需TIM类型，因TIMs易定制以满足热设计。

物理与机械性能

TIMs硬度、挠度、压缩永久变形等机械性能也应考量。一些用户偏爱化合物或凝胶保护敏感元件，虽这些可分配产品有缺点（后文讨论）。关键是找到适配应用压力和间隙厚度设计的TIM。

电气绝缘

另一关键因素是TIM是否绝缘。某些应用对电气连续性极敏感。多数导热垫片因较厚应用提供优异电气绝缘，导热脂、凝胶、PCM产品则不然。

应用场景

选型时应考虑长期可靠性。如今许多电子设备用于极端恶劣环境，需高功率循环。汽车行业TIMs须经机械振动测试。

应用因素

每种形态关联应用因素：施加压力、固定方式、键合线厚度、几何形状、环境。易处理、环境等简单因素常被忽视但不可忽略。

超越数据手册

TIMs数据手册提供有用信息，但不应作为唯一选型依据。供应商多数数据源自行业标准或自有测试法以优化产品性能。但同款TIM在不同条件下表现不同。通常预期高导热率带来更好性能，但总是如此吗？还应问：低导热率TIM是否已足够？有时高导热率TIM用于不需要的场合反而无法发挥同等效益。

垫片类型

最后，假设决定用垫片。在考虑导热率或可压缩性前，需审视基本属性和要求。如器件应用温度决定所需树脂化学。也须知器件是否需高温硅胶TIM或可用替代树脂体系。某些垫片含玻璃布载体，可能不适配特定应用。有时仅厚度正确即可解决诸多严苛热问题。

Thermexit™ 解决方案

Thermexit™开发高导热垫片，克服较厚键合线、超越薄键合热界面材料。独特非硅高温树脂可替代硅树脂化学，最小化油污染。树脂体系为非固化型，提供卓越长期性能。

Thermexit™垫片高度可压缩，低压力下最小化接触热阻且不增加元件应力。易于拾放安装，天然粘性无膏体或凝胶的残留脏乱。Thermexit提供两条产品线：Thermexit EI(电气绝缘)和Thermexit HP(高性能)。两款垫片导热率分别>15 W/mK和40 W/mK。

更多信息请访问thermexit.com，联系support@thermexit.com。